湘大高分子专业英语Charpter-3-1

Charpter3-13.1MolecularWeightandDistribution3.2PolymerStructure3.3PolymerSolution3.4Morphology3.1分子量和分子量分布3.2聚合物结构3.3聚合物解决方案3.4形态学3.1.MolecularWeightandDistribution3.1.1IntroductionItisthesizeofmacromoleculesthatgivesthemtheiruniqueandusefulproperties.Sizeallowspolymerchainstoactasagroupsothatwhenonepartofthechainmovestheotherpartsareaffected,andsothatwhenonepolymerchainmoves,surroundingchainsareaffectedbythatmovement.Sizeallowsmemorytobeimparted,retained,andused.Sizeallowscumulativeeffectsofsecondarybondingtobecomedominantfactorsinsomebehavior.Thus,thedeterminationofapolymer’ssizeaddsanimportantfactorinunderstandingitsbehavior.Generally,thehigherthemolecularweight,thelargerthepolymer.Theaveragemoleculeweight(M)ofapolymeristheproductoftheaveragenumberofrepeatunitsormersexpressedasnorDPtimesthemolecularweightoftheserepeatingunits.Mforagroupofchainsofaverageformula(CH2CH2)1000is1000×28=28,000.3.1.分子量和分子量分布3.1.1介绍高分子的尺寸赋予高分子的独特和实用的性能。尺寸允许聚合物链作为一组，这样，当链条中的一个部分移动时其它部分受到影响，使得当一条聚合物链移动时，周围的链条会受到这种运动的影响。尺寸允许被给予，保持和使用的记忆。尺寸允许次级键的叠加效应，成为在某些行为下的主要因素。因此，聚合物的尺寸的判断应加入一些理解其行为的重要因素。一般分子量越高，聚合物也就越大。聚合物的平均分子质量（M）是重复单元或链节的平均数的产物，用n或DP乘以重复单元的分子量来表示。这些重复单元的DP倍的分子量。一组链的平均化学式(CH2CH2)1000的M为1000×28=28,000。Polymerizationreactions,bothsyntheticandnatural,leadtopolymerswithheterogeneousmolecularweights,i.e.,polymerchainswithadifferentnumberofunits.Molecularweightdistributionsmayberelativelybroad(Fig.),asisthecaseformostsyntheticpolymersandmanynaturallyoccurringpolymers.Itmayberelativelynarrowforcertainnaturalpolymers(becauseoftheimposedstericandelectronicconstraints),ormaybemono-,bi-,tri-,orpolymodal.Abimodalcurveisoftencharacteristicofapolymerizationoccurringundertwodistinctpathwaysorenvironments.Mostsyntheticpolymersandmanynaturallyoccurringpolymersconsistofmoleculeswithdifferentmolecularweightsandaresaidtobepolydisperse.Incontrast,specificproteinsandnucleicacids,liketypicalsmallmolecules,consistofmoleculeswithaspecificmolecularweight(M)andaresaidtobemonodisperse.FigureRepresentativedifferentialweightdistributioncurves:(+++++)relativelybroaddistributioncurve;(-o-o-o-o-)relativelynarrowdistributioncurve;(————)bimodaldistributioncurve.合成的和天然的聚合反应，得到的都是不均一分子量的聚合物，即聚合物链中具有不同数目的单元。对大多数合成聚合物和许多天然产生的聚合物的情况，分子量分布可能是相对较宽（图）。分子量分布也可能是相对窄，对于某些天然聚合物（因为施加的空间位阻和电子的约束），分子量分布或者可以是单-，双-，三-，或多分散的。双峰曲线，往往是在两种不同的途径或环境中发生聚合时的特征。大多数合成聚合物和许多天然产生的聚合物由具有不同的分子量的分子组成，也可以说是多分散的。相反，特定的蛋白质和核酸，像典型的小分子，组成的分子具有特定分子量（M），也可以说是单分散的。图不同分子量代表分布曲线：（+++++）相对宽的分布曲线；(-o-o-o-o-)相对窄的分布曲线；(————)双峰分布曲线。Sincetypicalsmallmoleculesandlargemoleculeswithmolecularweightslessthanacriticalvalue(Z)requiredforchainentanglementareweakandarereadilyattackedbyappropriatereactants,itisapparentthatthefollowingpropertiesarerelatedtomolecularweight.Thus,meltviscosity,tensilestrength,modulus,impactstrengthortoughness,andresistancetoheatandcorrosivesaredependentonthemolecularweightofamorphouspolymersandtheirmolecularweightdistribution(MWD).Incontrast,density,specificheatcapacity,andrefractiveindexareessentiallyindependentofthemolecularweightatmolecularweightvaluesabovethecriticalmolecularweight.Themeltviscosityisusuallyproportionaltothe3.4poweroftheaveragemolecularweightatvaluesabovethecriticalmolecularweightrequiredforchainentanglement.Thus,themeltviscosityincreasesrapidlyasthemolecularweightincreasesandmoreenergyisrequiredfortheprocessingandfabricationoftheselargemolecules.However,thestrengthofpolymersincreasesasthemolecularweightincreasesandthentendstoleveloff.因为典型的小分子和大分子的分子量小于一临界值（Z），所需的链缠结较弱，并且易于通过合适的反应物攻击，很明显，下列性质都与分子量相关。因此，熔体粘度，拉伸强度，模量，冲击强度或韧性，并且耐热性和耐腐蚀性都依赖于无定形聚合物的分子量及其分子量分布（MWD）。与此相反，在分子量值高于临界分子量时密度，比热容和折射指数基本上是独立于分子量的。熔体粘度通常正比于平均分子量的3.4次方，在平均分子量高于所需的链缠结的临界分子量值时。因此，随着分子量的增加熔体粘度急剧增大，大分子的加工和制造则需要更多的能量。然而，随分子量的增加，聚合物的强度先增大然后趋于平稳。3.1.2AverageMolecularWeightSmallmoleculessuchasbenzene,ethylene,andglucosehaveprecisestructuressuchthateachmoleculeofbenzenewillhave6atomsofcarbonand6atomsofhydrogen,eachmoleculeofethylenewillhave2atomsofcarbonand4atomsofhydrogen,andeachmoleculeofglucosewillhave12atomsofhydrogen,6atomsofcarbon,and6atomsofoxygen.Bycomparison,eachmoleculeofpoly-1,4-phenylenemayhaveadifferingnumberofbenzene-derivedmoieties,whilesinglemolecules(singlechains)ofpolyethylenemayvaryinthenumberofethyleneunits,theextentandfrequencyofbranching,thedistributionofbranching,andthelengthofbranching.Finally,glucoseactsasabasicunitinawholehostofnaturallyavailablematerialsincludingcellulose,lactose,maltose,starch,andsucrose(somepolymericandothersoligomeric).Whileafewpolymers,suchasenzymesandnucleicacids,musthaveveryspecificstructures,mostpolymericmaterialsconsistofmolecules,individualpolymerchains,thatcanvaryinanumberoffeatures.Herewewillconcentrateonthevariationinthenumberofunitscomposingtheindividualpolymerchains.3.1.2平均分子量像苯，乙烯，和葡萄糖的小分子具有精确的结构，例如，每个苯分子有6个碳原子和6个氢原子，每个乙烯分子有2个碳原子和4个氢原子，而每个葡萄糖分子有12个氢原子，6个碳原子和6个氧原子。相比之下，每个聚-1,4-亚苯基分子会有苯衍生的结构部分的不同数目，而单个聚乙烯分子（单链）在乙烯单元的数目上有差异，像支化的程度和频率，支化分布和分支的长度不同。最后，葡萄糖作为一个在天然可用材料的主体的基本单元，材料包括纤维素，乳糖，麦芽糖，淀粉和蔗糖（某些聚合物和其他低聚物）。而一些聚合物，如酶和核酸，必须具有很特定的结构，由分子组成的大部分聚合物材料，各聚合物链可以根